Несмотря на растущее влияние выбросов на наше здоровье и окружающую среду, остаётся неудовлетворённой потребность в прогнозировании концентрации выбросов. Накапливание данных со станций мониторинга и спутников делает задачу подходящей для квантового машинного обучения. В этой работе используется подход квантового машинного обучения к пространственно-временному прогнозированию концентрации выбросов. Была разработана модель квантовой нейронной сети, которая сравнивалась с классической пространственно-временной моделью ConvLSTM с использованием системы оценки базовых моделей и показателей потери каждого пикселя и пересечения над точностью объединения. Разработанная квантовая нейронная сеть успешно генерирует прогнозы концентрации выбросов на один час вперёд со всё более низкими потерями (на 6,5% и 30,5% меньше) и более высокой точностью (на 18,4% и 18,6% выше) по сравнению с независимыми от входных данных и случайными базовыми линиями в конце обучения. Квантовая модель также была сравнима с классической моделью ConvLSTM с немного меньшими потерями (4%), но также немного меньшей точностью (3,7%). Результаты исследования показывают, что подход квантового машинного обучения может улучшить моделирование концентрации выбросов и может стать мощным инструментом для точного прогнозирования загрязнения воздуха.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/6/944

Блокирования атмосферы в средних широтах являются важными факторами длительных экстремальных погодных условий в региональном и континентальном масштабах. Однако современные климатические модели постоянно занижают частоту их возникновения по сравнению с наблюдениями, что ставит под сомнение будущие прогнозы экстремальных климатических явлений. Используя заметные и в значительной степени недооценённые события зимнего блокирования в Европе в качестве тестового примера, это исследование впервые представляет пространственно-временной подход к изучению активности блокирования, основанный на методе кластеризации, что позволяет оценить способность моделей воспроизводить как реалистичные частоты, так и места блокирования. Анализ чувствительности ансамбля из 49 расчётов из 24 связанных климатических моделей показывает, что наличие мезомасштабной модели океана, допускающей вихри, повышает реалистичность смоделированных событий блокирования почти для всех типов моделей, сгруппированных по наблюдениям. Этот вывод дополнительно объясняется и подтверждается сопутствующим уменьшением хорошо задокументированных смещений в положениях Гольфстрима и Североатлантического течения, а также изменчивости струйного течения в средних широтах.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00372-9

Потери азота (N) в результате денитрификации и выщелачивания плохо описываются в моделях системы Земля (ESM). Авторы создали глобальную карту естественного содержания ¹⁵N в почве и количественно оценили потери азота в результате денитрификации почвы для глобальных природных экосистем с использованием метода изотопного сравнительного анализа. Показано завышение оценки денитрификации почти в два раза в 13 моделях системы Земля CMIP6 (73 ± 31 Tg N год^–1) по сравнению с авторской оценкой 38 ± 11 Tg N год⁻¹, основанной на массовом изотопном балансе. Кроме того, обнаружена отрицательная корреляция между чувствительностью растений к повышению концентрации углекислого газа (CO₂) и денитрификацией в бореальных регионах, свидетельствующая о том, что завышенная оценка денитрификации в моделях приведёт к преувеличению обусловленного N ограничения реакции роста растений на повышенное содержание CO₂. Это исследование подчёркивает необходимость улучшения представления денитрификации в моделях системы Земля и лучшей оценки воздействия наземных экосистем на смягчение последствий выбросов CO₂.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-38803-z

Засуха является серьёзной природной опасностью, которая может вызвать каскадные последствия для социально-экономических секторов, и ожидается, что её риск возрастёт в связи с изменением климата и социально-экономическими изменениями в будущем. Однако в настоящее время отсутствует всеобъемлющий междисциплинарный прогноз риска засухи для поддержки комплексных усилий по снижению риска бедствий. Чтобы восполнить этот пробел, авторы анализируют подверженность засухе, уязвимость и риск к концу этого века по четырём будущим направлениям. В исследовании определены Средиземноморье, Амазонка, юг Африки и Центральная Америка как наиболее пострадавшие регионы, где прогнозируется, что экстремальная многомерная засуха станет в два-четыре раза более вероятной. Этот анализ также показывает, что устойчивое развитие снизит подверженность засухе на 70% по сравнению с развитием, основанным на ископаемом топливе. Кроме того, это вдвое сокращает число стран, столкнувшихся с пятикратным увеличением риска засухи. Представленные результаты подчёркивают острую необходимость междисциплинарного прогноза риска засухи и важность учёта воздействия и уязвимости при оценке риска. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00840-3

Понимание изменчивости атлантической меридиональной термохалинной циркуляции необходимо для более точного прогнозирования изменяющегося климата. Здесь представлен обновлённый временной ряд (с августа 2014 г. по июнь 2020 г.) из программы «Переворот в субполярной Северной Атлантике» (Overturning in the Subpolar North Atlantic Program). Шестилетний временной ряд позволяет проследить сезонность субполярного «опрокидывания» и меридионального переноса тепла и пресной воды. «Опрокидывание» достигает пика поздней весной и минимума в начале зимы с размахом от пика до минимума 9,0 Зв. «Опрокидывание» сезонных сроков можно объяснить зимней трансформацией и экспортом плотной воды, модулируемым сезонно меняющимся экмановским переносом. При этом более 55% общей изменчивости меридионального переноса пресной воды можно объяснить её сезонностью, в значительной степени за счёт «опрокидывающей» динамики. Эти результаты представляют собой первый основанный на наблюдениях анализ сезонности субполярного «опрокидывания» в Северной Атлантике и подчёркивают его важный вклад в общую изменчивость современного «опрокидывания».

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00848-9

Внезапная засуха, характеризующаяся необычно быстрым высыханием, может оказать существенное влияние на многие социально-экономические сектора, особенно на сельское хозяйство. Однако потенциальные изменения риска внезапных засух в условиях потепления климата остаются неизвестными. В этом исследовании прогнозируемые изменения частоты внезапных засух и риска от них для пахотных земель количественно оцениваются с использованием моделирования глобального климата. Авторы пришли к выводу, что частота возникновения внезапных засух, как ожидается, будет увеличиваться во всём мире во всех сценариях, при этом наиболее резкое увеличение будет наблюдаться в сценариях с более высоким радиационным воздействием и более широким использованием ископаемого топлива. Ожидается, что риск внезапных засух для пахотных земель возрастёт во всём мире, при этом наибольший рост прогнозируется в Северной Америке (изменение годового риска с 32% в 2015 г. до 49% в 2100 г.) и Европе (с 32% до 53%) при наиболее экстремальном сценарии выбросов. В то же время сценарии с низким и средним уровнем выбросов указывают на заметно меньший ежегодный риск внезапных засух на пахотных землях.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00826-1

Возрастающее расхождение/несоответствие между метеорологическими показателями засухи, в основном из-за меняющихся климатических условий, поставило под сомнение их уместность в мониторинге и моделировании засух. В настоящем исследовании авторы попытались количественно оценить расхождение между широко используемыми индексами засухи, такими как стандартизированный индекс осадков (SPI), стандартизированный индекс осадков и эвапотранспирации (SPEI) и недавно разработанный стандартизированный индекс суммарных осадков (SNEPI), и проследили эволюцию этого расхождения/несоответствия. Наблюдалось постоянное присутствие усиленных экстремумов засухи в годовом расхождении SPEI с SPI и SNEPI, что вызывает сомнения в полезности традиционных индексов засухи для отражения меняющихся климатических характеристик. Сезонная дисперсия этого годового расхождения выявила сильный, доминирующий в пространстве и времени сигнал SNEPI о засухе в сезон дождей, который SPEI не удалось «распутать». Кроме того, атрибуционный анализ показал, что расхождения SPI-SPEI возникли под влиянием коротковолновых радиационных потоков. В дополнение к этому расхождение между SPEI и SNEPI обусловлено характеристиками влажных периодов, при этом взаимосвязь усиливается в сезон дождей и в зонах тропического климата. Все эти данные требуют необходимого учёта изменяющихся характеристик осадков, прежде чем использовать индексы засухи для оперативного использования, особенно в зонах с тропическим климатом.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/370798875_Unraveling_the_pertinence_of_drought_indices_in_the_changing_climate

Сто девяносто три страны единогласно одобрили создание глобального механизма мониторинга выбросов парниковых газов. Об этом в среду сообщают из Всемирной метеорологической организации (ВМО).

Историческое решение было принято в связи с тем, что концентрация парниковых газов, удерживающих тепло, достигла рекордного уровня – «выше, чем когда-либо за последние 800 000 лет».

Данные с Земли и из космоса

Новый Глобальный механизм по отслеживанию выбросов парниковых газов будет сочетать данные наблюдений с Земли и из космоса с моделированием. Подобный подход, как считают эксперты, позволит зафиксировать более полную картину происходящего. При реализации проекта будет задействован опыт ВМО в области координации международного сотрудничества при прогнозировании погоды.
Как отмечают представители ВМО, обмен данными, осуществляемый в рамках поддержки Парижского соглашения по климату, будет «свободным и неограниченным».
По данным ВМО, в период с 1990 по 2021 год влияние на климат основных парниковых газов – углекислого газа, метана и закиси азота – выросло почти на 50 процентов.
«Согласно результатам исследований, концентрация парниковых газов находится на рекордном уровне, – сказал Генеральный секретарь ВМО Петтери Таалас. – Повышение уровня содержания углекислого газа с 2020 по 2021 год было выше, чем средние темпы роста за последнее десятилетие, а метан продемонстрировал самый большой скачок в годовом исчислении с момента начала измерений».

Исследования продолжаются

«Неопределенность все еще существует, особенно в том, что касается углеродного цикла океана, биосферы суши и районов вечной мерзлоты, – сказал Таалас. – Поэтому нам необходимо отслеживать выбросы парниковых газов в рамках интегрированной системы, чтобы иметь возможность учитывать природные источники и поглотители, как в том виде, в каком они функционируют в настоящее время, так и в том, как они будут меняться в результате изменения климата. Эта информация важна для реализации Парижского соглашения по климату».

«Исторический шаг»

Ларс Петер Рийшойгаард, заместитель директора ВМО по инфраструктуре, назвал решение метеорологического агентства ООН по проблеме смягчения последствий изменения климата «историческим шагом».
«Координируемый на международном уровне глобальный мониторинг парниковых газов, открытый для всех и действующий в соответствии с политикой ВМО по свободному и неограниченному обмену данными, предоставит ценную, своевременную и достоверную информацию о потоках парниковых газов сторонам РКИК ООН (Секретариат Конвенции ООН об изменении климата), что будет содействовать их усилиям по смягчению последствий изменения климата», – добавил он.
Рийшойгаард подчеркнул, что новый проект мониторинга получил «мощную поддержку со стороны научного сообщества и частного сектора».

Ссылка: https://news.un.org/ru/story/2023/05/1441357

Рост температуры поверхности может привести к повышенному испарению, снижению доступности почвенной влаги, более частым засухам и аномальной жаре. Пространственно-временное одновременное возникновение таких эффектов ещё больше способствует экстремальным аномалиям в продуктивности растительности и суммарном запасе углерода в грунте. Однако воздействие изменения климата на экстремальные значения суммарной биосферной продукции (СБП) в течение более длительных периодов времени неизвестно. Используя процентильный порог на кривой распределения вероятностей аномалий СБП, авторы вычислили отрицательные и положительные экстремумы СБП. Показано, что из-за потепления климата к концу 2100 года около 88% регионов мира будут испытывать больше отрицательных экстремальных значений СБП, чем положительных, что ускорит ослабление стока углерода на суше. Представленный анализ показывает, что частота отрицательных экстремумов, связанных со снижением биосферной продуктивности, выше, чем положительных, особенно в тропиках. Хотя ожидается, что общее воздействие потепления в высоких широтах повысит продуктивность растений и поглощение углерода, к концу XXI века высокотемпературные аномалии всё чаще будут вызывать отрицательные экстремальные значения СБП. Используя регрессионный анализ, авторы обнаружили, что аномалии влажности почвы являются наиболее доминирующим индивидуальным фактором экстремальных значений СБП. Комбинированный эффект жары, сухости и пожаров вызывал экстремальные явления более чем в 50% всех ячеек сетки. Большая доля отрицательных экстремальных значений СБП вызывает обеспокоенность по поводу того, способна ли Земля увеличить производство растительности с ростом населения и ростом спроса на растительный материал для производства продуктов питания, волокна, топлива и строительных материалов. Возрастающая доля отрицательных экстремальных значений СБП подчёркивает последствия не только снижения общей способности поглощения углерода, но и превращения суши в источник углерода.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/20/1829/2023/